阳极杆箍缩二极管及其离子流理论与实验研究

发布时间：2021-05-11 06:51

　　阳极杆箍缩二极管（Rod Pinch Diode,RPD）作为X射线源产生重要部件,其具有较小焦斑和较高亮度,被认为是1 MV～4 MV闪光X光机装置最理想的二极管。然而,在RPD设计时,如何评估RPD工作物理机制及离子流对其影响至关重要。为此,本论文以中能X光机研制为背景,研究RPD各个阶段的物理特性,进而建立用于描述各个阶段工作过程的物理模型,在此基础上设计工作电压为1 MV～4MV的RPD,并通过实验研究验证了理论模型。论文主要研究成果如下:（1）建立有限发射宽度阴极的双极性空间电荷电流计算模型和磁绝缘阶段具有离子效应的层流模型。通过理论计算分析,研究了不同几何结构参数及工作电压对RPD内离子、电子电流的影响。在此基础上,给出了评估空间电荷阶段离子电流与电子电流计算式,当阴极宽度远大于AK间隙时,离子、电子电流计算结果为无限长向内发射的圆柱二极管理论计算结果一致;通过理论计算分析,给出了磁绝缘阶段电子和离子数密度、速度沿径向分布规律,以及电场和电位沿径向分布规律。研究了不同条件下电子层平衡半径的变化规律及其对RPD物理特性的影响。并给出了临界电流系数与几何结构和电压的变化规律。研... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：121 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究技术现状
        1.2.1 闪光X光机
        1.2.2 二极管技术研究
        1.2.3 二极管中的离子流
    1.3 研究内容
第二章 阳极杆箍缩二极管物理模型
    2.1 概述
    2.2 RPD结构及类型和物理机制
        2.2.1 结构及类型
        2.2.2 物理机制
    2.3 SCL阶段理论模型
        2.3.1 双极性流计算
        2.3.2 电子背散射对RPD影响
        2.3.3 有限发射宽度模型
    2.4 ML阶段理论模型
        2.4.1 单粒子模型
        2.4.2 ML阶段离子对RPD物理特性的影响
        2.4.3 电极等离子体扩散
    2.5 本章小结
第三章 阳极杆箍缩二极管几何参数及离子电流PIC模拟研究
    3.1 概述
    3.2 RPD粒子模拟模型及结果
        3.2.1 粒子模拟模型及电子、离子时空分布
        3.2.2 阴极盘厚度L
        3.2.3 阴阳极半径比r_C/r_A
        3.2.4 阳极杆伸长长度L_(rod)
    3.3 离子流对RPD物理特性影响模拟研究
        3.3.1 不考虑离子电流时RPD工作过程模拟
        3.3.2 考虑离子电流时RPD工作过程模拟
    3.4 粒子模拟与理论模型结果对比分析
        3.4.1 临界电流系数α
        3.4.2 PIC与理论计算结果对比分析
    3.5 本章小结
第四章 阳极杆箍缩二极管设计与实验研究
    4.1 实验装置
    4.2 RPD物理设计及诊断
        4.2.1 RPD结构设计
        4.2.2 电参数测试及标定
        4.2.3 X射线辐射剂量测试
        4.2.4 X射线焦斑测试
        4.2.5 X射线能谱测试
    4.3 实验结果及与理论、模拟结果对比分析
        4.3.1 平均电极等离子体扩散速度计算模型
        4.3.2 同心度对RPD物理及辐射特性影响
        4.3.3 X射线焦斑、能谱和剂量测试结果
        4.3.4 典型实验结果及与理论模型比较分析
    4.4 本章小结
第五章 总结
    5.1 研究内容与结论
    5.2 论文创新点
    5.3 存在的问题及下一步工作计划
致谢
参考文献
附录 博士研究生期间发表的学术论文



本文编号：3180943